一种偏振保持量子频率转换装置和波长转换方法与流程

本技术涉及光调制，特别是涉及一种偏振保持量子频率转换装置和波长转换方法。

背景技术：

1、在原子分子光学领域中，为了能够展开量子网络和分布式量子计算的研究，通常需要通过光子的偏振态实现量子比特的信息传递。但是，不同的原子分子体系在吸收或发射光子时，其特定的能级结构决定了其只能与特定波长的光子发生相互作用，不同原子分子体系间需要的光子的波长可能相差很大。如果想要通过偏振态固定的光子连接不同的原子分子体系，就需要实现宽波段内的偏振态保持不变的光子的波长的转换，即实现宽波段内的偏振态保持不变的光子的频率的转换。

技术实现思路

1、基于上述问题，本技术提供了一种偏振保持量子频率转换装置，可以实现宽波段内的偏振态保持不变的光子的波长的转换。

2、本技术实施例公开了如下技术方案：

3、本技术第一方面公开一种偏振保持量子频率转换装置，所述装置包括：偏振分束的器件、旋光器件、镀有金属反射膜的第一离轴抛物面反射镜、非线性晶体和镀有金属反射膜的第二离轴抛物面反射镜；

4、其中，所述偏振分束的器件、所述旋光器件、所述第一离轴抛物面反射镜、所述非线性晶体、所述第二离轴抛物面反射镜形成环形结构；所述环形结构为垂直偏振态的光束和水平偏振态的光束提供传播方向相反的环形路径；

5、所述偏振分束的器件，用于将泵浦光和信号光分离为第一光束和第二光束；所述第一光束是垂直偏振态的光束，所述第二光束是水平偏振态的光束；

6、所述旋光器件，用于改变光束的偏振方向；

7、所述第一离轴抛物面反射镜，用于将所述第一光束耦合到所述非线性晶体，并对所述第二光束和输出光进行准直后输入到所述偏振分束的器件；

8、所述第二离轴抛物面反射镜，用于将所述第二光束耦合到所述非线性晶体，并对所述第一光束和所述输出光进行准直后输入到所述偏振分束的器件；

9、所述非线性晶体，用于对所述第一光束进行非线性变换或对所述第二光束进行非线性变换，生成所述输出光。

10、在一种可选的实现方式中，所述偏振分束的器件、所述旋光器件、所述第一离轴抛物面反射镜、所述非线性晶体、所述第二离轴抛物面反射镜形成环形结构，具体为：

11、以所述偏振分束的器件为起点，逆时针方向依次放置所述第一离轴抛物面反射镜、所述非线性晶体、所述第二离轴抛物面反射镜；

12、所述第一离轴抛物面反射镜和所述第二离轴抛物面反射镜分布在所述偏振分束的器件两侧；所述非线性晶体放置在所述偏振分束的器件的对侧；

13、所述旋光器件放置在所述偏振分束的器件和所述第一离轴抛物面反射镜之间，或放置在所述偏振分束的器件和所述第二离轴抛物面反射镜之间。

14、在一种可选的实现方式中，所述第一离轴抛物面反射镜和所述第二离轴抛物面反射镜均是45度离轴角的离轴抛物面反射镜。

15、在一种可选的实现方式中，所述偏振分束的器件是偏振分束器pbs、格兰棱镜、沃拉斯顿棱镜和偏振位移器中的任一种。

16、在一种可选的实现方式中，所述旋光器件是半波片、 pi相位延时的菲涅尔菱形相位延迟器和偏振调节器中的任一种；所述偏振调节器由四分之一波片和目标反射镜组成。

17、在一种可选的实现方式中，若所述第一离轴抛物面反射镜和所述第二离轴抛物面反射镜均是90度离轴角的离轴抛物面反射镜，所述装置还包括：第一反射镜和第二反射镜；

18、所述偏振分束的器件、所述第一反射镜、所述旋光器件、所述第一离轴抛物面反射镜、所述非线性晶体、所述第二离轴抛物面反射镜和所述第二反射镜形成所述环形结构；

19、所述第一反射镜，用于对所述第一光束、所述第二光束和所述输出光进行反射；

20、所述第二反射镜，用于对所述第一光束、所述第二光束和所述输出光进行反射。

21、在一种可选的实现方式中，若所述旋光器件是半波片或 pi相位延时的菲涅尔菱形相位延迟器；所述偏振分束的器件、所述第一反射镜、所述旋光器件、所述第一离轴抛物面反射镜、所述非线性晶体、所述第二离轴抛物面反射镜和所述第二反射镜形成所述环形结构，包括：

22、以所述偏振分束的器件为起点，逆时针方向依次放置所述第一反射镜、所述第一离轴抛物面反射镜、所述非线性晶体、所述第二离轴抛物面反射镜和所述第二反射镜；

23、所述第一离轴抛物面反射镜和所述第二离轴抛物面反射镜分布在所述偏振分束的器件的两侧；

24、所述第一反射镜和所述第二反射镜分布在所述偏振分束的器件的两侧；

25、所述旋光器件放置在所述第一反射镜和所述第一离轴抛物面反射镜之间，或者放置在所述第二反射镜和所述第二离轴抛物面反射镜之间；

26、所述非线性晶体放置在所述偏振分束的器件的对侧。

27、在一种可选的实现方式中，若所述旋光器件是偏振调节器，所述偏振调节器由四分之一波片和目标反射镜组成，所述偏振分束的器件、所述第一反射镜、所述旋光器件、所述第一离轴抛物面反射镜、所述非线性晶体、所述第二离轴抛物面反射镜和所述第二反射镜形成所述环形结构，具体为：

28、以所述偏振分束的器件为起点，逆时针方向依次放置所述第一反射镜、所述第一离轴抛物面反射镜、所述非线性晶体、所述第二离轴抛物面反射镜、所述第二反射镜；

29、所述第一离轴抛物面反射镜和所述第二离轴抛物面反射镜分布在所述偏振分束的器件的两侧；

30、所述第一反射镜和所述第二反射镜分布在所述偏振分束的器件的两侧；

31、所述非线性晶体和所述偏振调节器均放置在所述偏振分束的器件的对侧，且所述偏振调节器在所述偏振分束的器件和所述非线性晶体之间。

32、在一种可选的实现方式中，所述装置还包括：第一二向色镜和第二二向色镜；所述泵浦光和所述信号光经过所述第一二向色镜和所述第二二向色镜的处理后，输入到所述偏振分束的器件；

33、所述第一二向色镜和所述第二二向色镜的构成的二向色镜组合，还用于基于波长，对所述泵浦光、所述输出光和所述信号光进行分束。

34、本技术第二方面公开了一种波长转换方法，所述方法包括：

35、基于信号光的波长和输出光的波长，确定泵浦光的波长；

36、将所述泵浦光和所述信号光输入到偏振保持量子频率转换装置，生成所述输出光；所述偏振保持量子频率转换装置是第一方面任一项所述的装置。

37、相较于现有技术，本技术具有以下有益效果：

38、本技术中偏振保持量子频率转换装置包括两个镀有金属反射膜的离轴抛物面反射镜，由于金属反射膜可以实现波长从紫外0.2μm到红外20μm的光的高效率反射，镀有金属反射膜的离轴抛物面反射镜可以对宽波段内的多个波长的光进行反射，可以将不同波长的光的耦合和准直，所以通过这两个离轴抛物面反射镜，可以将不同波长的线偏振光（第一光束或第二光束）很好的耦合到非线性晶体中，尽量消除不同波长的光束被耦合到非线性晶体中存在的色差问题；也可以对不同波长的线偏振光（第一光束、第二光束和输出光）进行准直，输入到偏振分束的器件，尽量不降低偏振分束的器件的工作性能。同时，该装置中偏振分束的器件、旋光器件、第一离轴抛物面反射镜、非线性晶体、第二离轴抛物面反射镜形成环形结构，相当于形成了萨格纳克环形光路，具有相位自稳定和低损耗的优点。

39、因此，本技术公开的偏振保持量子频率转换装置，充分结合了萨格纳克环形光路和镀有金属反射膜的离轴抛物面反射镜的优点，可以实现紫外到红外光范围内偏振态保持不变的波长的转换。